動(dòng)化通信協(xié)議均使用了分級(jí)主/從構(gòu)架。主設(shè)備一般為PLC，要不就是一些智能控制單元。從設(shè)備一般為馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器以及一些不發(fā)起動(dòng)作或者控制過(guò)程的傳感器。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)承載網(wǎng)絡(luò)所需的高速、低延遲通信，許多協(xié)議增強(qiáng)了與這些從設(shè)備有關(guān)的媒體訪問(wèn)(MAC)層功能。這給從設(shè)備帶來(lái)更大的本地協(xié)議處理負(fù)擔(dān)，最終導(dǎo)致在分布式從設(shè)備中使用協(xié)議處理專用ASIC或者FPGA。而由于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的從設(shè)備通常多于主設(shè)備，極大增加了整體系統(tǒng)的成本。

TI與您一同應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)

戰(zhàn)勝工業(yè)自動(dòng)化面臨的這些挑戰(zhàn)需要先進(jìn)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)通信聯(lián)網(wǎng)和合理化。TI一直致力于為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)制造商提供嵌入式處理器、傳感器、軟件搭建模塊和支持工具的完整解決方案。這種技術(shù)必須簡(jiǎn)單、具有高成本效益，以滿足這類系統(tǒng)中重要組件的需求(PLC、HMI、傳感器和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器)，并同時(shí)支持主從設(shè)備的分級(jí)要求。此外，TI重點(diǎn)提供高效的支持方案，針對(duì)客戶各異的需求，簡(jiǎn)化其工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的部署。

基于Sitara™ ARM®的處理器在工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中的良好業(yè)績(jī)，證明了TI解決方案的成功。Sitara AM18x ARM9™(以及最新的AM335x ARM Cortex™-A8片上系統(tǒng)(SoC))，集成了多個(gè)處理內(nèi)核、實(shí)時(shí)通信加速器，用于多協(xié)議處理、實(shí)時(shí)和高級(jí)操作系統(tǒng)、圖形處理和大量其它資源的處理工作，以克服未來(lái)幾年工業(yè)自動(dòng)化所面臨的挑戰(zhàn)。

特別是AM335x ARM Cortex-A8 SoC，它是TI的工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展戰(zhàn)略的例證。使用275GHz到1GHz的處理速度，AM335x SoC可以滿足智能傳感器到PLC以及兩者之間其它自動(dòng)化組件的處理要求。另外，低功耗特點(diǎn)讓AM335x處理器能夠應(yīng)對(duì)最為嚴(yán)格的功耗預(yù)算。

圖2 Sitara ARM AM335x處理器結(jié)構(gòu)圖

AM335x解決方案擁有多協(xié)議通信能力，無(wú)需協(xié)議處理專用離散式ASIC或者FPGA。這從本質(zhì)上讓從設(shè)備的材料清單成本降低40%。把對(duì)許多流行協(xié)議(例如：PROFIBUS和EtherCAT)的支持集成到AM335x處理器中，可大大簡(jiǎn)化AM335x處理器型器件聯(lián)網(wǎng)的工作量。例如，把AM335x處理器型傳感器連接至工廠自動(dòng)化系統(tǒng)，通常只需對(duì)一個(gè)典型PHY或者UART界面進(jìn)行編程，這是大多數(shù)工業(yè)編程人員都已經(jīng)非常熟悉的工作。由于無(wú)需再進(jìn)行艱苦的學(xué)習(xí)，因此縮短了部署時(shí)間，降低了成本。

AM335x嵌入式處理器在工業(yè)控制系統(tǒng)中成功的關(guān)鍵是其基于可編程實(shí)時(shí)單元的工業(yè)通信子系統(tǒng)(PRU-ICSS)，它實(shí)現(xiàn)了片上多協(xié)議處理，并確保主從設(shè)備的必備延遲通信。PRU-ICSS由運(yùn)行在200MHz下的兩個(gè)32位RISC處理內(nèi)核組成。它能夠單循環(huán)執(zhí)行，并且其直接I/O界面以5納秒的速度采樣，確保實(shí)時(shí)通信所需的高吞吐速率。PRU-ICSS還裝備有一個(gè)完整的內(nèi)存子系統(tǒng)，其由內(nèi)核指定共用內(nèi)存和一個(gè)32位中斷控制器組成。這些功能以及其邏輯、控制和算法，讓PRU-ICSS成為支持所有流行工業(yè)自動(dòng)化協(xié)議(包括PROFIBUS/PROFINET、EtherCAT和Ethernet/IP等)實(shí)時(shí)從通信接口的理想選擇。因其可編程特性，PRU-ICSS還可實(shí)現(xiàn)定制知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)或者定制底層總線。

圖3 PRU-ICSS結(jié)構(gòu)圖

AM335x處理器是一種通用SoC，可有效實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中的絕大多數(shù)功能。例如，支持2D和3D圖形的備選功能，從而特別適合于HMI單元。另外，由于支持高級(jí)操作系統(tǒng)(HLOS)，例如：Linux™、Windows®嵌入版CE和Android™，因此使用AM335x SoC時(shí)，操作員可以輕松地與HMI和其它應(yīng)用程序互動(dòng)。許多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)，包括TI的SYS/BIOS™和許多其它第三方RTOS等，為開發(fā)人員帶來(lái)了高效的傳感器和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器解決方案，它們不需要內(nèi)存密集型HLOS，但需要低延遲的實(shí)時(shí)性能。

組件的可靠性和壽命是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的另一個(gè)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。在大多數(shù)情況下，這些系統(tǒng)均在惡劣的環(huán)境下使用，這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。由于它們的部署時(shí)間和成本，工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的預(yù)計(jì)有效壽命周期通常都很長(zhǎng)。AM335x處理器證明，它是一種非常可靠的SoC。它的工作溫度范圍很大，可以持續(xù)處于上電狀態(tài)達(dá)100000小時(shí)以上。TI還保證，AM335x解決方案的產(chǎn)品壽命可達(dá)10年以上。

圖4 Sitara AM335x可擴(kuò)展平臺(tái)

搶占市場(chǎng)先機(jī)

TI的工廠自動(dòng)化解決方案得到眾多軟件和硬件開發(fā)工具的廣泛支持，讓自動(dòng)化供應(yīng)商可以快速地實(shí)現(xiàn)其系統(tǒng)設(shè)計(jì)，擁有市場(chǎng)上最為先進(jìn)的功能。特別是，AM335x處理器得到了一種簡(jiǎn)單卻強(qiáng)大的開發(fā)工具工業(yè)通信引擎(ICE)的支持，它給自動(dòng)化廠商帶來(lái)了一個(gè)高成本效益的平臺(tái)，用于開發(fā)、測(cè)